CN100342270C - 液晶设备及其驱动设备 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种液晶显示器及其驱动设备。根据本发明，一个具有多单元间隙结构的液晶显示器包括：彼此面对面的第一和第二板、多个像素电极、一个共用电极，以及在第一和第二板之一上形成的多个存储电极。在其间插放了液晶材料的每个像素电极和共用电极之间形成一个液晶电容，在其间插放了绝缘层的每个像素电极和相应的存储电极之间形成一个存储电容。此存储电容取决于单元间隙。施加在像素电极上的灰度电压有正灰度电压和负灰度电压。正灰度电压和负灰度电压的基准值取决于灰度而发生变化。即使是在具有取决于灰度的反冲电压的液晶显示器中，本发明也一致地补偿闪变。

Description

液晶设备及其驱动设备

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器(下面称其为“LCD”)，更具体地说，涉及无闪变的LCD及其驱动设备。

背景技术

薄膜晶体管(TFT)LCD是显示设备，它对放在两个具有介电各向异性的板之间的液晶材料施加电场，并控制电场强度以改变透过板的光量，从而显示所希望的图像。

在TFT-LCD的板上形成多个彼此平行延伸的栅线(gate lines)以及多个与栅线绝缘并与栅线相交的数据线(data lines)。由栅线和数据线围绕的每个区域限定了一个像素。在每个像素中，在栅线和数据线的每个交叉点附近，形成了一个TFT。

在TFT-LCD的每个像素中的TFT包括一个栅极、一个源极和一个漏极，它们分别与栅线、数据线和像素电极相连。在像素电极和共用电极之间形成了液晶电容器。在像素电极和上述的栅线之间形成了存储电容器。在栅极和漏极之间会因为未对准(misalignment)而形成寄生电容。

现在将详细描述TFT-LCD的操作。

首先，将栅导通电压(gate-on voltage)施加在与目标栅线(target gate line)相连的TFT的栅极上以接通TFT。然后，将代表图像信号的数据电压施加到TFT的源极上，并依次施加到TFT的漏极上。结果，数据电压通过像素电极被施加到了液晶电容器和存储电容器上，并且，在像素电极和共用电极之间由于电位差而生成了电场。由于在液晶上长期施加单向电场会损坏液晶，因此，在共用电极上交替地施加具有正极性和负极性的数据电压，并将此称之为“反转”。

与此同时，在接通TFT时，施加在液晶电容器和存储电容器上的电压应保持恒定，即使是在关断TFT之后也应如此。然而，由于在TFT的栅极和漏极之间的寄生电容，施加在像素电极上的电压会经受畸变。发生畸变的电压称之为“反冲(kick-back)电压”。方程1给出了反冲电压ΔV：

ΔV＝(Cgd/(Cgd+Cst+Clc))ΔVg                  (1)

其中，ΔVg表示栅电压的差(Vgon-Vgoff)。

不管数据电压的极性如何，电压畸变总是低于像素电极电压。

一个理想的TFT-LCD即使是在栅电压变成栅断开电压(gate-off voltage)的时候也能够保持数据电压恒定，其中，数据电压是在栅电压为栅导通电压时施加到像素电极上的。然而，在改变栅电压的时候，由于反冲电压ΔV的影响，在实际的TFT-LCD上，像素电压减少的量相当于反冲电压。

与此同时，施加在液晶上的电压的有效值是由像素电压和共用电压之间的区域决定的。在反转驱动的LCD中，必须控制共用电压的电平以使得相对共用电压的像素电压区是对称的。为此，常规的技术把预确定的共用电压施加到共用电极上，此共用电压给出了对称的像素电压区。

如果与共用电压相对的像素电压区不是对称的，那么，充在每个像素上的像素电压就会帧与帧不同。其结果是，在反转像素电压时，屏幕上会出现闪变。

闪变会引起严重的问题，例如，增加了用户的疲劳应力并会有余像产生。对于具有的单元间隙在红(R)、绿(G)、蓝(B)像素中具有不同的值的多单元间隙结构或对于具有高介电常数的液晶材料而言，闪变尤其是很严重的。

在多单元间隙的结构中，RGB(红绿蓝)像素的液晶电容取决于单元间隙而不同。因此，根据方程1，相应于各个像素的反冲电压是彼此不同的。相应地，即使把对于一个预确定灰度的闪变最小化，对于其它的灰度仍然会有闪变出现。

大多数的LCD具有取决于灰度而变化的液晶电容，因此，反冲电压也是取决于灰度而变化的。结果，不能用同样的方式来纠正闪变。

发明内容

本发明的动机是要解决上述的这些问题，并消除在LCD整个屏幕上的闪变，其中，对于各个灰度，LCD有相应不同的反冲电压。

根据本发明的一个方面，具有多单元间隙结构的LCD包括彼此面对面的第一和第二板；以及多个像素电极、一个共用电极、形成在第一和第二板之一上的多个存储电极，其中，在每个像素电极和共用电极之间除了放置有液晶材料之外，还形成了液晶电容；在每个像素电极和每个存储电极之间除了放置有绝缘层之外，还形成了存储电容，并且该存储电容取决于单元间隙；并且其中，具有相对小的单元间隙的像素的存储电容低于具有相对大的单元间隙的像素的存储电容。

具体而言，每个像素的液晶电容和存储电容之和是保持不变的。

根据本发明的另一个方面，液晶显示器包括：包括多个分别在列方向和行方向上延伸的栅线和数据线、以及在由栅线和数据线的交叉所限定的区域上形成的多个像素在内的，还包括与栅线和数据线相连的开关元件在内的液晶板；向栅线提供栅电压的扫描驱动器；根据图像信号向数据线提供灰度电压的数据驱动器；灰度电压生成器，它生成多个灰度电压，并将所生成的灰度电压提供给数据驱动器，其中，灰度电压包括正灰度电压和负灰度电压，并且正灰度电压和负灰度电压的基准值都是取决于灰度而改变的。

灰度电压生成器包括第一电阻器阵列，该阵列包括在第一电压和基准电压之间串联连接的多个电阻器，以生成多个正灰度电压；还包括第二电阻器阵列，该阵列包括在基准电压和第二电压之间串联连接的多个电阻器，以生成多个负灰度电压；还包括电压控制器，用于分配第一和第二电压以生成基准电压，并将此基准电压提供给第一和第二电阻器阵列，其中，基准电压取决于灰度而改变。

基准电压的值最好等于((第一电压+第二电压)/2)+α。

灰度电压生成器的电压控制器最好包括两个或更多个在第一电压和第二电压之间串联连接的电阻器以及具有不同电阻的电阻器。

附图说明

图1示出了反冲电压随单元间隙而发生的变化；

图2示出了液晶电容和存储电容随单元间隙而发生的变化；

图3根据本发明的第一实施例示出了LCD的布图；

图4是图3中的LCD沿IV-IV′线的截面图；

图5A示出了光透射量和液晶电容Clc随施加的电压而发生的变化；

图5B示出了反冲电压随施加的电压而发生的变化；

图6示出了闪变出现的一个例子；

图7根据本发明的第二实施例示出了LCD的方块图；

图8根据本发明的第二实施例示出了灰度电压生成器的简略结构；

图9A示出了生成常规的灰度电压的一个例子；

图9B示出了根据本发明的第二实施例生成灰度电压的一个例子；

图10示出了根据本发明的第二实施例的灰度电压生成器的详细的电路结构；

图11示出了根据本发明的第二实施例的闪变校正的一个例子；

图12示出了根据本发明的第三实施例的灰度电压生成器的简略结构；

图13示出了根据本发明的第三实施例的闪变校正的一个例子。

具体实施方式

以下，参照附图来详细说明本发明的实施例。

本发明的第一实施例在具有多单元间隙结构的LCD中消除了的闪变。

图1示出了由于具有几个值的单元间隙而生成的反冲电压的变化。

如图1所示，在LCD中的反冲电压随着单元间隙的增加而增加，该LCD上的单元间隙具有不同的值。如方程1所示，这是因为反冲电压取决于液晶电容Clc或存储电容Cst的值而变化。

为了解决这个问题，不管液晶电容Clc如何，让方程1中分母的值保持不变。这就是说，如果(Clc+Cst)的值保持不变，分母的值也是不变的，并且因而在任何地方的反冲电压的值也是保持不变的。

为了使(Clc+Cst)的值保持不变，应当根据单元间隙来改变存储电容Cst的值。

图2示出了液晶电容Clc和存储电容Cst随单元间隙而发生的变化。

如图2中的曲线所示，液晶电容Clc的值和存储电容Cst的值应当彼此相对，以使它们的总和等于一个常数。

因此，在多单元间隙的结构中，确定具有相对小的单元间隙的像素的存储电容Cst要比具有相对大的单元间隙的像素的存储电容更小。

图3是根据本发明的第一实施的LCD的设计图，图4是图3中的LCD沿直线IV-IV′的截面图。

根据本发明的实施例，如图3和图4所示，LCD包括薄膜晶体管(TFT)阵列板100，色彩过滤器阵列板200，以及放置在两个板100和200之间的液晶材料30。在液晶材料30中，液晶分子的方向子(director)是垂直对准的。将两个偏振片12和22安装在两个板100和200的外表面上，以便使偏振片12和22的偏振轴彼此垂直。

在将两个板100和200彼此对准时，TFT阵列板的像素电极190的隔板91-93和色彩过滤器阵列板的共用电极270的第一至第三开孔部分271-273彼此重叠，从而将像素区分隔成多个域(domain)。在像素电极190的隔板91-93中，每一个都有两个长边和两个短边。像素电极190的每个隔板的长边都与数据线170或栅线120平行，并且和偏振片的偏振轴成45度角。在把像素电极190的隔板91-93的长边放在靠近数据线170或栅线120的位置上时，将存储线130或存储电极133A、133B、133C和133D安置在数据线170和隔板的长边之间或者栅线120和隔板的长边之间。

与此同时，将液晶材料30插放在共用电极270和像素电极190之间。其中实施例中，由于红、绿、蓝色彩滤波器230A、230B和230C有不同的厚度，因而在红、绿、蓝像素区中，共用电极270和像素电极190之间的距离是不同的。这就是说，在红、绿、蓝像素区中的单元间隙是不同的。例如，在红像素区中的单元间隙(称为“红单元间隙”)是最大的，在绿像素区中的单元间隙(称为“绿单元间隙”)比红单元间隙要小，在蓝像素区中的单元间隙(称为“蓝单元间隙”)是最小的。蓝单元间隙比红单元间隙和绿单元间隙的平均值要少0.2±0.15微米。

在具有多单元间隙结构的LCD中，红、绿、蓝像素区中的单元间隙是不同的。本发明的第一实施例调整了在像素电极和存储电极之间的重叠区，以便根据单元间隙来改变存储电容Cst。

如图3和图4所示，这就是说，在具有较大单元间隙的绿像素区上，在像素电极91和存储电极133A-133D之间的重叠面积大于二者在具有最小单元间隙的蓝像素区上的重叠面积，并且，在具有最大单元间隙的红像素区上，在像素电极91和存储电极133A-133D之间的重叠面积大于二者在绿像素区上的重叠面积。照此方式，在具有较大单元间隙的像素区上的存储电容Cst大于具有较小单元间隙的像素区上的存储电容Cst。

例如，如图2所示，对于大约为4.0微米的单元间隙，作为单元间隙的函数的存储电容Cst中的差值等于大约(2.5％±1％)/0.1微米。这就是说，如果在红、绿、蓝像素区之间的单元间隙的差值为0.2微米的话，那么，造成的存储电容Cst的差值则应为大约5％。

根据第一实施例，即便是对多单元间隙的结构而言，液晶电容Clc和存储电容Cst之和也保持不变。因此，在任何地方的反冲电压都是一致的，这样就防止了闪变出现。其中实施例中，在整个板区上控制存储电极和像素电极之间的重叠面积。另外的办法是，通过改变在顶部或底部形成的存储电极区，也可以控制存储电极和像素电极之间的重叠面积。

下面将要根据本发明的第二实施例来详细说明无闪变的结构。

第二实施例调整施加在液晶上的电压以控制液晶电容Clc，从而区分反冲电压。

具体地说，由于液晶具有介电各向异性，介电常数就取决于液晶分子的方向子而发生改变。因此，如果改变了施加在液晶上的电压，其中单元中的液晶电容Clc的值也会发生改变。

图5A示出了光透射和液晶电容Clc随着施加电压而发生的变化，图5B示出了反冲电压随施加电压而发生的变化。

如图5A所示，施加在液晶上的电压越高，液晶的光透射和液晶电容Clc也越大。因此，液晶电容和反冲电压取决于灰度而改变。如图5B所示，根据所施加的电压，反冲电压的改变约为17％或更大。对模式化的、垂直对准的(PVA)LCD进行过这样的测量，并且，对于具有较高的介电各向异性的LCD，例如扭曲的向列(TN)LCD，反冲电压的变化增大了。

为了校正这样的反冲电压，可将共用电压固定为预确定值。在此情况下，虽然对某一个灰度几乎不生成闪变，但是，在其它的灰度上仍然会出现闪变。图6示意了生成闪变的例子。如图6所示，在将共用电压固定为一个预确定值时，如果反冲电压等于共用电压，则几乎不生成闪变，而随着反冲电压朝两端变化，闪变就会逐渐增加。

为了防止这样的闪变，本发明的第二实施例调整灰度电压，以使得反冲电压对所有的灰度都是一致的。

图7根据本发明的第二实施例，示出了LCD的结构。

如图7所示，根据本发明的第二实施例的LCD包括：LCD板1、栅驱动器2、数据驱动器3、驱动电压生成器4、定时控制器5、灰度电压生成器6。

数据驱动器3也称之为“源驱动器”，它的作用是通过一条线将电压传送到LCD板1的像素上。更具体地说，数据驱动器3将来自定时控制器5的数字数据存储在数据驱动器3的移位寄存器之中，然后选择与数据相应的电压，并在收到诸如LOAD(装入)信号之类的命令向LCD板1传送数据的信号时，将选择的电压传送给LCD板1。

栅驱动器2，也称之为“扫描驱动器”，它的作用是打开从数据驱动器3到像素的数据通道。利用TFT来接通和关断LCD板1的每个像素。通过向栅极施加预确定的电压Von或Voff来进行TFT的接通/关断操作。

通过驱动电压生成器4来生成用于接通栅极的电压Von和用于关断栅极的电压Voff。驱动电压生成器4也生成电压V，它是TFT中的数据电压差的基准电压，此外，还生成电压Von和Voff。

定时控制器5生成数字信号用以驱动数据驱动器3和栅驱动器2。具体地说，定时控制器5具有生成要输入到驱动器2和3中的信号的功能，控制数据的定时并控制时钟。

灰度电压生成器6生成要输入到数据驱动器3中的灰度电压。具体是，根据本发明的第二实施例，要输入到数据驱动器3中的每个灰度的正的和负的灰度电压是不对称的。

根据本发明的第二实施例，图8简略地示出了灰度电压生成器的配置。

如图8所示，灰度电压生成器6包括用于生成正灰度电压的第一电阻器阵列61，以及与第一电阻器阵列61串联连接的、用于生成负灰度电压的第二电阻器阵列62。

为了生成多个灰度电压以便对液晶正充电，第一电阻器阵列61包括多个在由外部设备提供的第一电压RVDD和基准电压之间串联连接的电阻器R0-Rn。在第一电压RVDD和电阻器之间的节点具有灰度电压V(1)-V(n)。

为了生成多个灰度电压以便对液晶进行负充电，第二电阻器阵列62具有多个在基准电压和第二电压之间串联连接的电阻器R′0-R′n+1。在基准电压和电阻器之间的节点具有灰度电压V′(1)-V′(n)。

其中结构中，第一电阻器阵列61的电阻器Ri和相应的第二电阻器阵列62的电阻器Ri′可以具有不同的值，以便对具有不对称值的灰度获得正灰度电压和负灰度电压。然而，由于不易控制第一和第二电阻器阵列61和62中的一对电阻Ri和Ri′的值，本实施例调整施加在第一和第二电阻器阵列61和62之间的基准电压，以使得一个灰度的正灰度电压和负灰度电压具有不对称的值。

为此，本发明的第二实施例包括在第一和第二电阻器阵列61和62之间并联连接的电压控制器63，用以生成要提供给它的稳定的基准电压。

电压控制器63包括第一和第二分压电阻器Rc和Rc′，用以对所施加的电压分压并在第一和第二电阻器阵列61和62之间提供作为基准电压的所分的电压。第一和第二分压电阻器Rc和Rc′具有不同的电阻，并且满足下列的关系：

Rc′＞Rc                     (2)

因此，基准电压等于((第一电压+第二电压)/2)+α，其中，α大致等于一半至三倍的Δkb(将其定义为第一灰度反冲电压减去白灰度反冲电压)。

图9A示出了常规灰度电压生成的一个例子，图9B示出了根据本发明的第二实施例灰度电压生成的一个例子。

如图9A所示，在常规技术中用了等于((第一电压+第二电压)/2)的电压作为基准电压，以使得由第一和第二电阻器阵列61和62生成的多个灰度电压对称。

然而，本发明的第二实施例给出了第一电阻器阵列61和第二电阻器阵列62的基准电压，第一电阻器阵列61和第二电阻器阵列62用于生成对液晶正、负充电的多个灰度电压，所给出的基准电压大于((第一电压+第二电压)/2)，以使得由第一和第二电阻器阵列61和62生成的多个灰度电压彼此不对称，而且，对于各个灰度而言，它们都是不同的，如图9B所示。

图10示出了灰度电压生成器的一个电路，该灰度电压生成器实际用在基于上述结构的LCD上。

具体地说，第一电阻器阵列61包括串联连接的多个电阻器R0-R8。通过电阻器间的节点输出多个正灰度电压V0-V7。为此，将多个电容器C0-C7并行连接到相应电阻器之间的节点上。将从外部设备上施加的第一电压RVDD作为电压V0输出，将从外部设备上施加的电压VFD作为电压V7输出。

进而，第二电阻器阵列62包括串联连接的多个电阻器R9-R18。通过电阻器间的节点输出多个正灰度电压V8-V16。为此，将多个电容器C8-C15并行连接到电阻器之间的节点上。将从外部设备上施加的电压VFD作为电压V8输出，将电阻器R17和R18之间的电压作为电压V16输出。

与此同时，电压控制器63包括：在第一电压RVDD和第二电压(例如，接地电压)之间串联连接的第一和第二分压电阻器Rc1和Rc2；并联连接至第一和第二分压电阻器Rc1和Rc2之间的节点的电容器C；以及与该节点相连的电阻器Rc3。在第一电压RVDD和第二电压之间的电压由第一和第二分压电阻器Rc1和Rc2来分压，并被存储在电容器C中。然后，存储在电容器C中的电压通过电阻器Rc3，并作为基准电压被施加到在第一和第二电阻器阵列61和62之间的节点上。由于第一和第二分压电阻器Rc1和Rc2的电阻彼此不同，就将高于((第一电压RVDD+第二电压)/2)的电压作为基准电压来施加。

因此，第一电阻器阵列61分压来自电压控制器63的第一电压RVDD和基准电压，以生成多个正灰度电压V0-V7。第二电阻器阵列62分压基准电压和第二电压，以生成多个负灰度电压V8-V16。此时，相对于基准电压而言，正灰度电压V0-V7和负灰度电压V8-V16是不对称的。

图11根据本发明的第二实施例示出了闪变校正的一个例子。在图11所示的第二实施例中，正、负灰度电压的平均值随着其由较低灰度向较高灰度变化而变化。这就是说，高灰度下的平均值下降了，而低灰度下的平均值升高了。在用线性方程(y＝ax+b)来表达指示上述平均值变化的直线时，由电压控制器63的第二分压电阻器Rc′的电阻来决定斜率a，由共用电压来决定y轴上的截距b。相应地，可以通过调整第二分压电阻器Rc′和共用电压来控制对于各个灰度的闪变。

根据本发明的第二实施例，对于在各个灰度上有不同反冲电压的LCD而言，也在整个屏幕区上消除了闪变。

与此同时，如图6所示，取决于所施加电压的反冲电压可以有畸变曲线形，而不是一个简单的直线。其中情况下，为了更准确地控制闪变，可以用一条或多条直线来表示正、负灰度电压的平均值的变化，例如，可以根据该曲线的畸变量、用具有不同斜率的三条直线来表示。

图12根据本发明的第三实施例示出了灰度电压生成器的结构，图13根据本发明的第三实施例示出了闪变校正的例子。

如图12所示，与第二实施例一样，此实施例包括第一和第二电阻器阵列61和62，但是，与第二实施例的不同在于，电压生成器63生成一个或多个基准电压，并将此基准电压提供给在第一或第二电阻器阵列61或62的电阻之间的几个节点。

为此，电压生成器63包括三个或更多的分压电阻器。其中实施例中，在第一电压RVDD和第二电压之间，四个分压电阻器是串联连接的。在第一分压电阻器Rc和第二分压电阻器Rc′1之间的节点上生成第一基准电压。在第二分压电阻器Rc′1和第三分压电阻器Rc′2之间的节点上生成第二基准电压。在第三分压电阻器Rc′2和第四分压电阻器Rc′3之间的节点上生成第三基准电压。将所产生的第一到第三基准电压提供给第一电阻器阵列61或第二电阻器阵列62。

如图12所示，将第一基准电压施加到第一和第二电阻器阵列61和62之间的节点上。将第二和第三基准电压施加到第二电阻器阵列62的电阻器之间的节点上。

因此，由第一和第二电阻器阵列61和62根据第一基准电压生成的每个灰度的正、负灰度电压是不对称的，并且，由第二电阻器阵列62根据第二和第三基准电压生成的多个负灰度电压也具有不同的值。

结果，如图13所示，三个斜率不同的直线示出了正、负灰度值的平均值的变化，其中情况下，Rc＝Rc′1+Rc′2+Rc′3+α，并且，第二到第四分压电阻器Rc′1、Rc′2和Rc′3的电阻取决于图13所示的各个直线的斜率。

接收第二和第三基准电压的第二电阻器阵列62的位置取决于CV曲线而变化，该曲线示出了作为施加电压的函数的反冲电压的量。

与此同时，此实施例为生成负灰度电压的第二电阻器阵列提供了多个具有不同值的基准电压，以便使得正、负灰度电压具有不对称的值。另外的办法是，在第一和第二电阻器阵列之间施加具有特定值的第一基准电压，并在第一电阻器阵列上施加多个具有不同值的基准电压。

根据本发明的第二和第三实施例，最好能够生成不对称的正、负灰度电压而不改变常规的灰度电压生成器的电阻。

如上所述，对于各个灰度有相区分的反冲电压值的LCD能够一致地校正闪变。照此方式，能够改进LCD的图像质量。

在参照推荐的实施例对本发明进行详细说明的同时，对于那些本领域技术人员来说，应当明白的是，如像本发明的权利要求中所提出的那样，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可以对本发明进行各种修改和替换。

Claims (2)

1.一种具有多单元间隙结构的液晶显示器，该液晶显示器包括：

彼此面对面的第一和第二板；以及

在所述第一和第二板之一上形成的多个像素电极、一共用电极和多个存储电极，

其中，在其间插有液晶材料的每个像素电极和所述共用电极之间形成一液晶电容，在其间插有绝缘层的每个像素电极和每个存储电极之间形成一存储电容，此存储电容取决于单元间隙；并且其中，具有较小单元间隙的像素的所述存储电容小于具有较大单元间隙的像素的所述存储电容。

2.如权利要求1所述的液晶显示器，其中，每个像素的所述液晶电容和所述存储电容之和保持不变。

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